В графике мы используем RGB и другие цветовые пространства в качестве приближения к полному спектру световых волн. Это, очевидно, работает довольно хорошо в целом, но есть ли какие-либо достаточно общие объекты / материалы / явления, вещи, с которыми вы можете столкнуться в вашей повседневной жизни, чье появление не очень хорошо отражается в рендеринге RGB из-за сложного спектра излучения / отражения / поглощения ?

Хотя текущие ответы сосредоточены главным образом на цветах вне заданной гаммы RGB, мне также интересно услышать, есть ли примеры, когда, например, цвет объекта кажется «неправильным» при рендеринге в RGB из-за взаимодействия между спектр источника света и спектр отражения объекта. Другими словами, случай, когда спектральный рендерер даст вам более правильные результаты.

Кредит: мне понравился этот вопрос в предыдущей частной бета-версии, поэтому я воспроизводлю его здесь. Первоначально он был задан Натаном Ридом

Существуют различные типы ограничений, которые необходимо учитывать.

Эффекты, для которых путь луча зависит от его длины волны

Это класс эффектов, для которых требуется спектральный рендеринг, и ряд интересных примеров уже дан в ответе Бенедикта Биттерли . Простой пример - призма, расщепляющая белый свет на спектр и дающая цвета радуги. Лучи с различной длиной волны преломляются под разными углами, проходя через призму, в результате чего свет, падающий на стену позади призмы, разделяется на составляющие его цвета.

Это означает, что в реальной жизни сияющий монохроматический желтый свет сквозь призму приведет к выходу желтого света, но сияние смеси красного и зеленого света, которая приближается к желтому, приведет к появлению отдельного красного и зеленого света. При рендеринге, использующем только 3 основных цвета, белый свет будет разделяться только на эти три цвета, давая эффекты радуги, которые выглядят прерывистыми, а монохроматический свет, который вообще не должен разделяться, будет делиться на его приближенные основные цвета. Расщепление белого света может быть улучшено путем использования большего количества основных цветов, но это все равно даст крупным планом разрывы, и результаты для монохроматического света все равно будут разделены, хотя и более узко. Для получения точных результатов необходимо выбрать непрерывный спектр,

Поверхностные эффекты, которые не могут быть записаны в одном неподвижном изображении

Многоцветность , например, показывает различные цвета для каждого глаза так , что неподвижное изображение не будет выглядеть так же , как и у исходного объекта. Есть много повседневных примеров, которые вы можете сначала не заметить. Многие обычные птицы имеют радужные перья, хотя на расстоянии они кажутся черными или серыми. Крупным планом они удивительно красочные.

Рендерер, использующий только 3 основных цвета, не сможет производить распространение света в зависимости от длины волны, необходимой для этого эффекта. Спектральный рендер может имитировать распространение правильно, но полный эффект все еще не может быть зафиксирован в одном изображении. Даже 2-мерная фотография не может сделать это правильно, в то время как 3-мерная фотография радужного объекта даст такой мерцающий эффект, поскольку фотографии, соответствующие левому и правому глазу, будут окрашены по-разному. Это ограничение двухмерных изображений, а не самого цветового пространства RGB. Однако даже в трехмерном изображении в радужном объекте будут цвета, которые отображаются неправильно, из-за неспособности RGB отображать монохроматические цвета, как описано ниже.

Цвета, которые может обнаружить человеческий глаз, которые не могут быть отображены в RGB

Исторически RGB зависел от устройства и поэтому ненадежен между платформами. Существуют независимые от устройства улучшения восприятия, такие как лаборатория цветового пространства , но они все еще трихроматические (имеют 3 компонента). Не сразу очевидно, почему трех компонентов недостаточно для отображения всех цветов, которые могут быть восприняты трихроматическим глазом, но эта статья объясняет это хорошо и доступно. Со страницы 7:

Например, используя современную лазерную систему отображения с монохроматическими основными цветами при 635 нм (красный), 532 нм (зеленый) и 447 нм (синий), давайте посмотрим, сможем ли мы смоделировать восприятие монохроматического света при 580 нм ( оранжевый цвет). Поскольку монохроматический оранжевый стимул возбуждает зеленоватые и красноватые колбочки, требуется внесение как зеленых, так и красных праймериз, в то время как от синего первичного вклада не требуется. Проблема в том, что зеленый первичный также возбуждает голубоватые шишки, что делает невозможным точное воспроизведение оранжевого раздражителя.

Диаграмма чувствительности конусов глаз человека (также на странице 7) показывает, насколько широко перекрытие, и помогает визуализировать это объяснение. Я включил подобный график из Википедии здесь: (нажмите на график для местоположения Википедии)

Короче говоря, перекрытие между диапазоном цветов, которые могут быть уловлены каждым из трех различных конусов (датчиков цвета) человеческого глаза, означает, что монохроматический цвет можно отличить от аппроксимирующей смеси основных цветов, и, следовательно, смешивая первичные цвета. цвета никогда не могут точно отображать все монохромные цвета.

Это различие обычно не заметно в повседневной жизни, так как большая часть нашего окружения излучает или отражает свет в широком диапазоне частот, а не в однотонных цветах. Однако заметным исключением являются натриевые лампы. Если вы живете в той части мира, где используются эти желто-оранжевые уличные фонари, излучаемый свет является монохроматическим и будет слегка отличаться от напечатанной фотографии или изображения на экране. Длина волны натриевого света составляет 580 нм из приведенного выше примера. Если вы не живете где-то с натриевыми уличными фонарями, вы можете увидеть тот же свет с одной длиной волны, разбрызгивая мелко измельченную столовую соль (хлорид натрия) на пламя. Сверкающие желтые точки света не могут быть точно зафиксированы на пленке или отображены на экране. Какие бы три основных цвета вы ни выбрали,

Обратите внимание, что это ограничение в равной степени относится к смешиванию 3 основных цветов краски, использованию 3 фотореактивных химических веществ на пленке камеры или фотографированию с помощью цифровой камеры с 3 различными датчиками цвета или одного датчика с 3 различными фильтрами основного цвета. Это не просто цифровая проблема и не ограничивается цветовым пространством RGB. Даже улучшения, внесенные в цветовое пространство Lab и его варианты, не могут восстановить отсутствующие цвета.

Разные эффекты

Многократные диффузные отражения (цветовое кровотечение)

Если ярко окрашенная матовая поверхность находится рядом с белой матовой поверхностью, на белой поверхности будет отображаться цвет другой поверхности. Это может быть достаточно хорошо смоделировано с использованием чисто красных, зеленых и синих компонентов. Та же комбинация красного, зеленого и синего, которая дала цвет цветной поверхности, может отражаться от белой поверхности и снова отображать часть этого цвета. Однако это работает, только если вторая поверхность белая. Если вторая поверхность также окрашена, то цветовое кровотечение будет неточным, в некоторых случаях резко.

Представьте себе две поверхности, которые выглядят одинакового цвета. Один отражает узкий диапазон длин волн вокруг желтого. Другой отражает широкий диапазон длин волн между красным и зеленым, и в результате также выглядит желтым. В реальной жизни свет, показываемый на одной поверхности из-за другой, не будет симметричным. Большая часть света, достигающего поверхности широкого диапазона длин волн от другого, будет отражена снова, так как узкий диапазон длин входящих волн находится в более широком диапазоне. Однако большая часть света, достигающего поверхности узкого диапазона длин волн от другого, будет находиться за пределами узкого диапазона и не будет отражаться. В рендере RGB обе поверхности будут смоделированы как смесь монохроматического красного и монохроматического зеленого, без различий в отраженном свете.

Это крайний пример, когда разница будет сразу заметна глазу, но в большинстве изображений, где присутствует цветовое кровотечение, будет, по крайней мере, небольшая разница.

Материалы, которые поглощают одну длину волны и излучают другую

Ответ Джуджаа описывает поглощение ультрафиолетового света снегом, который будет излучаться в виде видимого света. Я не слышал о том, что это происходило со снегом раньше (и, к сожалению, я не смог найти никаких доказательств, подтверждающих это - хотя это объяснило бы, почему снег "белее, чем белый"). Тем не менее, существует множество свидетельств того, что это происходит с широким спектром других материалов, некоторые из которых добавляются в моющие средства и бумагу для стирки одежды, чтобы придать дополнительный яркий белый цвет. Это позволяет общему видимому свету, исходящему с поверхности, быть больше, чем общий видимый свет, принимаемый этой поверхностью, который опять-таки не моделируется должным образом с использованием только RGB. Если вы хотите узнать больше об этом, ищите термин « Флуоресценция» .

Глаза с более чем 3 основными цветами

Есть животные, которые имеют более 3 типов колбочек в глазах, что позволяет им воспринимать более 3 основных цветов. Например, многие птицы, насекомые и рыбы являются тетрахроматами , воспринимающими четыре основных цвета. Некоторые даже пентахроматы , воспринимающие пять. Диапазон цветов, которые могут видеть такие существа, превосходит диапазон, отображаемый только с использованием RGB. Далеко за ними - креветка богомола , которая является додекахроматом, видя цвета, основанные на 12 различных шишках. Ни одно из этих животных не будет удовлетворено дисплеем RGB.

Но более серьезно, даже для изображений, предназначенных для человеческих глаз, существуют человеческие тетрахроматы, которые видят в 4 основных цветах, и, возможно, некоторые, которые видят целых 5 или 6. В настоящее время таких людей, кажется, нет в достаточном количестве, чтобы сделать изображения с более чем 3 основными цветами коммерчески жизнеспособными, но если в будущем станет легче определить, сколько основных цветов может видеть человек, это может стать привлекательной чертой, приводящей к его распространению среди населения в будущих поколениях. Поэтому, если вы хотите, чтобы ваши правнуки ценили вашу работу, вам, возможно, потребуется сделать ее совместимой с гексахроматическим монитором ...

На самом деле не имеет отношения к этому вопросу, но связано: если вы хотите увидеть цвета, которых нет ни в реальном мире, ни в изображениях RGB, взгляните на Chimerical Colors ...

Я считаю, что наиболее заметный спектральный эффект, который невозможно точно воспроизвести с помощью RGB, - это дисперсия , вызванная диэлектриками со спектрально изменяющимся показателем преломления (обычно моделируется уравнением Селлмейера ).

Другие спектральные явления обычно вызваны волновыми эффектами. Одним примером, который встречается в реальной жизни время от времени, является интерференция тонких пленок , которая вызывается одной или несколькими отражающими поверхностями, расположенными вплотную друг к другу (например, масляные пятна, мыльные пузыри). Другим волновым эффектом, который иногда можно наблюдать, является дифракция , вызванная, например, дифракционными решетками , которая вызывает причудливый вид компакт-дисков.

RGB работает, потому что так работает наш сенсорный аппарат. В дополнение к дисперсии, некоторые искусственные материалы и тела насекомых иногда имеют поверхности, которые имеют очень узкие цветные полосы. Они могут извлечь выгоду из широкого спектра рендеринга.

Однако, поскольку многие из этих эффектов довольно локализованы, вы часто можете сойти с работы, заставив шейдер работать просто странно. Это не работает правильно в отражениях и преломлениях, но никто, вероятно, не заметит. Если вы не занимаетесь физическим моделированием, это не имеет большого значения. Но если вы разрабатываете оптику, это может иметь большое значение.

Некоторые материалы, такие как снег, также преобразуют входящий ультрафиолет в видимый свет. Опять же, этот тип эффекта обычно может быть обработан шейдерами / осветительными группами.

Крылья бабочки - также любопытство, поскольку они управляют фазами волн и формами падающего света. Так что, если вы хотите сделать физическое моделирование на них, то это большое дело.

Поляризация света также является серьезным фактором воздействия насекомых и воды.

Просто чтобы добавить к превосходным предложениям выше, мне пришло в голову, что без ультрафиолетового канала, флуоресцентные материалы было бы сложно моделировать.